丝杠说明书.doc

数控技术课程设计说明书

题目：丝杠

年产量为10000件

开始日期：2013年12月30号
完成日期：2014年1月14号
答辩日期：2014年1月16号

学生姓名：陈业
班级：机电101201
指导教师：贾育秦
教研室主任：贾育秦

学 校 名：太 原 科 技 大 学

数控技术课程设计任务书

题目：设计“丝杠”零件的机械加工工艺规程及工艺装备
生产纲领：年产10000件

内容：1、零件图：丝杠 一份
2、零件的毛坯图 一份
3、机械加工工艺过程卡 一份
4、机械加工工序卡 一份
5、课程设计说明书 一份
6、仿真工序及编程 一份

班级：机电101201
学生：陈业
指导教师：贾育秦
教研室主任：贾育秦

2013年12月30日

目录

序言
一、零件的分析------------------------------------------------------3
二、工艺规程的设计------------------------------------------------4
（一） 确定毛坯的制造形式---------------------------------------4
（二） 基准的选择---------------------------------------------------5
（三） 工艺路线的拟订及工艺方案的分析---------------------5
（四） 机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定---------7
（五） 各工序的定位夹紧方案及切削用量的选择------------9
（六） 各工序的基本工时-----------------------------------------15
三、 总结--------------------------------------------------------------23
四、 主要参考资料--------------------------------------------------24

序言
机械制造工艺学课程设计，是我们在学完了大学的全部基础课和大部分专业课后进行的。这也是我们在进行毕业设计之前对所学各课程做一次综合性的复习，也是一次理论联系实际的训练，它在我们四年的学习中有着很重要的地位。
通过此次此次设计，应该得到下述各方面的锻炼：
1) 能熟练运用机械制造工艺设计中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。
2) 提高结构设计的能力。通过设计夹具的训练，应当获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效省力，经济合理，而且能保证加工质量的夹具的能力。
3) 学会使用手册及图表资料，掌握与本设计有关的各种资料的名称出处，能够做到熟练使用。
由于能力有限，设计中尚有许多不足之处，请各位老师给予批评指教。
本设计书包括：
1. 零件图：角形轴承箱
2. 零件的毛坯图
3. 机械加工工艺过程卡
4. 机械加工工序卡
5. 课程设计说明书
一、零件的分析
（一）、零件的作用
题目给定的零件是丝杠，丝杠是将旋转运动变成直线运动的传动副零件，它被用来完成机床的进给运动。机床丝杠不仅要能传递准确的运动，而且还要能传递一定的动力。所以它在精度、强度以及耐磨性各个方面，都有一定的要求。
其功用为支承传动零件（齿轮、皮带轮等）、传动扭矩、承受载荷，以及保证装在主轴上的工件或刀具具有一定的回转精度。表面特点：外圆、内孔、圆锥、螺纹、花键、横向孔。
（二） 、零件的工艺分析
丝杠是细而长的柔性轴，它的长径比往往很大，一般都在20～50左右，刚度很差。加上其结构形状比较复杂，有要求很高的螺纹表面，又有阶梯及沟槽，因此，在加工过程中，很容易产生变形。这是丝杠加工中影响精度的一个主要矛盾。
主要技术要求：
1、尺寸精度
轴颈是轴类零件的主要表面，它影响轴的回转精度及工作状态。轴颈的直径精度根据其使用要求通常为IT6～9，精密轴颈可达IT5。
2、几何形状精度
轴颈的几何形状精度（圆度、圆柱度），一般应限制在直径公差点范围内。对几何形状精度要求较高时，可在零件图上另行规定其允许的公差。
3、位置精度
主要是指装配传动件的配合轴颈相对于装配轴承的支承轴颈的同轴度，通常是用配合轴颈对支承轴颈的径向圆跳动来表示的；根据使用要求，规定高精度轴为0.001～0.005mm，而一般精度轴为0.01～0.03mm。
此外还有内外圆柱面的同轴度和轴向定位端面与轴心线的垂直度要求等。
4．表面粗糙度
根据零件的表面工作部位的不同，可有不同的表面粗糙度值，例如普通机床主轴支承轴颈的表面粗糙度为Ra0.16～0.63um，配合轴颈的表面粗糙度为Ra0.63～2.5um，随着机器运转速度的增大和精密程度的提高，轴类零件表面粗糙度值要求也将越来越小。
轴类零件的加工工艺因其用途、结构形状、技术要求、产量大小的不同而有差异。而轴的工艺规程编制是生产中最常遇到的工艺工作。
轴类零件加工的主要问题：轴类零件加工的主要问题是如何保证各加工表面的尺寸精度、表面粗糙度和主要表面之间的相互位置精度。
具体指标有：
（1）单个螺距允差
（2）中径圆度允差；
（3）外径相等性允差；
（4）外径跳动允差；
（5）牙形半角允差；
（6）中径为尺寸公差；
（7）外径为尺寸公差；
（8）内径为尺寸公差。
二、工艺规程设计
（一）、确定毛坯的制造形式
题目给定的零件是丝杠，轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。
轴类零件的材料和毛坯,合理选用材料和规定热处理的技术要求，对提高轴类零件的强度和使用寿命有重要意义，同时，对轴的加工过程有极大的影响。
1、轴类零件的材料
一般轴类零件常用45钢，根据不同的工作条件采用不同的热处理规范（如正火、调质、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。
对中等精度而转速较高的轴类零件，可选用40Cr等合金钢。这类钢经调质和表面淬火处理后，具有较高的综合力学件能。精度较高的轴，有时还用轴承钢GCrls和弹簧钢65Mn等材料，它们通过调质和表面淬火处理后，具有更高耐磨性和耐疲劳性能。
对于高转速、重载荷等条件下工作的轴，可选用20CrMnTi、20MnZB、20Cr等低碳含金钢或38CrMoAIA氮化钢。低碳合金钢经渗碳淬火处理后，具有很高的表面硬度、抗冲击韧性和心部强度，热处理变形却很小。
2、轴类零件的毛坯
轴类零件的毛坯最常用的是圆棒料和锻件，只有某些大型的、结构复杂的轴才采用铸件。
因而结合题目给定车床丝杠零件的作用及工作要求，材料可选用45钢，也可用题中所给的Y40Mn（高硫中碳切削钢），毛坯应采用锻件，以保证机械性能。
（二）、基面的选择
基面的选择是工艺规程设计的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工质量得以保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，甚至会造成零件的大批报废，使生产无法正常运行。
（1）粗基准的选择。对于本零件而言，按照粗基准的选择原则，以外圆为粗基准是完全合理的。
（2）精基准的选择。主要考虑到基准重合的问题，和便于装夹，以工件端面中心孔为精基准。
（三）、工艺路线的拟定及工艺方案的分析
1、工艺路线方案一
毛坯（热处理）—校直—车端面打中心孔—外圆粗加工—校直热处理—重打中心孔（修正）—外圆半精加工—加工螺纹—校直、低温时效—修正中心孔—外圆、螺纹精加工。
工序Ⅰ 毛坯（热处理）
工序Ⅱ 校直
工序Ⅲ 车端面打中心孔
工序Ⅳ 外圆粗加工
工序Ⅴ 校直热处理
工序Ⅵ 重打中心孔（修正）
工序Ⅶ 外圆半精加工
工序Ⅷ 加工螺纹
工序Ⅸ 校直、低温时效
工序Ⅹ 修正中心孔
工序ⅩⅠ 外圆、螺纹精加工
2、工艺路线方案二
工序Ⅰ 锻造（弯曲度不超过5mm）
工序Ⅱ 球面退火
工序Ⅲ 车端面打中心孔
工序Ⅳ 车外圆
工序V 粗车梯形螺纹槽
工序VI 半精车外圆
工序VII 粗磨外圆
工序VIII 车梯形螺纹
工序IX 半精磨外圆
工序X 半精车螺纹
工序XI 研磨外圆
工序XII 终磨外圆
3、工艺方案的比较与分析
（1）丝杠的校直及热处理： 丝杠工艺除毛坯工序外，在粗加工及半精加工阶段，都安排了校直及热处理工序。校直的目的是为了减少工件的弯曲度，使机械加工余量均匀。时效热处理以消除工件的残余应力，保证工件加工精度的稳定性。一般情况下，需安排三次。一次是校直及高温时效，它安排在粗车外圆以后，还有两次是校直及低温时效，它们分别安排在螺纹的粗加工及半精加工以后。
（2）定位基准面的加工： 丝杠两端的中心孔是定位基准面，在安排工艺路线时，应一首先将它加工出来，中心孔的精度对加工质量有很大影响，丝杠多选用带有120。保护锥的中心孔。此外，在热处理后，最后精车螺纹以前，还应适当修整中心孔以保持其精度。丝杠加工的定位基准面除中心孔外，还要用丝杠外圆表面作为辅助基准面，以便在加工中采用跟刀架，增加刚度。
（3）螺纹的粗、精加工 粗车螺纹工序一般安排在精车外圆以后，半精车及精车螺纹工序则分别安排在粗磨及精磨外圆以后。不淬硬丝杜一般采用车削工艺，经多次加工，逐渐减少切削力和内应力；对于淬硬丝杠，则采用“先车后磨”或“全磨”两种不同的工艺。后者是从淬硬后的光杜上直接用单线或多线砂轮粗磨出螺纹，然后用单线砂轮精磨螺纹。
（4）重钻中心孔：工件热处理后，会产生变形。其外圆面需要增加的加工余量，为减少其加工余量，而采用重钻中心孔的方法。在重钻中心孔之前，先找出工件上径向圆跳动为最大值的一半的两点，以这两点后作为定位基准面，用个端面的方法切去原来的中心孔，重新钻中心孔。当使用新的中心孔定位时，工件所必须切会的额外的加工余量将减少到原有值。
由于该丝杠为单件生产，要求较高，故加工工艺过程严格按照工序划分阶段的原则，将整个工艺过程分为五个阶段：准备和预先热处理阶段(工序1—6)，粗加工阶段(工序7—13)，半精加工阶段(工序14—23)，精加工阶段(工序24—25)，终加工阶段(工序26—28)。为了消除残余应力，整个工艺过程安排了四次消除残余应力的热处理，并严格规定机械加工和热处理后不准冷校直，以防止产生残余应力。为了消除加工过程中的变形，每次加工后工件应垂直吊放，并采用留加工余量分层加工的方法，经过多道工序逐步消除加工过程中引起的变形。
所以选择方案一为最佳方案。
（四）、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
工序号
工种
工序内容
设备
1
备料
热轧圆钢Φ40mm×574mm

2
热处理
球化退火

3
车
车削试样，车削后应保证零件总长为570mm
车床CA6140
4
磨
在平面磨床上磨试样两平面（磨出即可）,表面粗糙度为Ra1.25um
平面磨床M820
5
检验
检验试样，待试样合格后方可转入下道工序

6
热处理
调质，校直

7
粗车
粗车外圆，均保留加工余量5mm
车床CA6140
8
热处理
时效处理，除应力，要求全长弯曲小于1.5mm

9
车
1、车端面取总长570mm修正两端面中心孔2、车外圆，左端60mm到Φ40±0.008mm，再回车一小径为36mm长度为2mm的退刀槽，剩余长度到Φ55,在距右端200mm处车小径为40mm长度为15mm的退刀槽；
1、车螺纹T55×12—Ⅷ大径至Φ55；2、车倒角，螺纹处圆跳动为0.16mm,其余为0.02mm；
车床CA6140
10
粗磨
粗磨螺纹大径，磨其它各外圆，均留磨量1.1~1.2um；
万能磨床M1432A
11
热处理
中温回火，冰冷处理，全长弯度小于0.05mm；

12
检验
检验硬度，磁性探伤，去磁；

13
研
研磨两端中心孔，表面粗糙度Ra为0.63um；
车床CA6140
14
粗磨
磨外圆，磨螺纹大经，均留磨量为0.65~0.75um，磨出左端垂直度为0.02mm以及外圆表面粗糙度为1.25um；
万能磨床M1432A
15
半精磨
半精磨螺纹，留精磨余量（使用三针测量仪），齿形用样板透光检查
丝杆磨床S7432
16
热处理
低温回火，消除磨削应力，要求全长弯曲小于0.10mm，不得冷校直；

17
研
修研两端中心孔，表面粗糙度Ra为0.32um；
车床CA6140
18
半精磨
磨Φ55mm以及Φ40mm外圆至图样要求，要求圆跳动小于0.02mm，磨其余外圆以及端面；
万能磨床M1432A
19
精磨
精磨梯形螺纹T55×12—Ⅷ至图样要求，齿间锥度为15º±20´，齿形按样板透光检查；
丝杆磨床S7432
20
终磨
终磨各外圆至图样要求，并涂防锈油；
万能外圆磨床M1432A
（五）、确定切削用量及基本工时
工序一:粗车外圆
（1）确定背吃刀量
粗车外圆，加工余量为5mm，一次走刀。Asp=5/2=2.5mm.
（2） 确定进给量
刀杆尺寸16 25，as 3,工件直径为65mm，则f=0.5～0.7。由《简明手册》表4.2—3查取f=0.56mm。
根据《切削用量简明手册》表1.11查取：VC=1.33(由182～199HBS、asp=2.5、f =0.56mm/r、车刀为YG硬质合金),由于实际车削过程使用条件的改变，查取切削速度修正系数：K=1.0,K=1.0,K =0.73,K=(190/HBS)1.25=1.0,KSV=0.85,K=1.0。则
V=1.33×60×1.0×1.0×0.73×1.0×0.85×1.0=49.5
n = 157.6r/min
按CA6140车床转速（《机械制造工艺设计简明手册》表4.2－2）选择与157.5r/min相近似的机床转速n=183r/min,则实际切削速度V=n/1000=3.14 100 183/1000=57.5m/min。
综上，此工步的切削用量为：a=2.5mm，f=0.56, n=183r/min, V =57.5m/min。
(3) 计算基本工时：
T=（L+L1+L2+L3）×i/(f×n)=(9+3+3+0)×2/(0.76×183)=0.22min。
其中L=9，L1=3，L2=3，L3=0，i=2
工序二：倒角
切削用量:背吃刀量asp=1.5,手动进给，一次走刀。
V=80m/min, n =1000×V/=1000×80/3.14×100=254.7r/min
按CA6140说明书：n=238r/min, V=n/1000=3.14×238×100/1000=74.7
基本工时：由工人操控，大约为0.03min。
工序三：车2×2退刀槽
(1)选择刀具：选择切槽刀，刀杆尺寸16×25mm,刀片厚度取3mm,选用YG6刀具材料，前刀面形状为平面带倒棱型，前角为10°，后角8°，主偏角90°，副偏角3°，刀尖圆弧半径0.2--0.5取0.5mm,刃倾角0°。
(2)确定切削用量：
A、确定背吃刀深度 :z=3.6mm,一次走刀完成。
B、确定进给量f:
根据《切削手册》切深 =3mm,属于〈=3mm,f=0.4—0.5mm/r.按〈工艺手册〉中C365L车床取f机=0.41mm/r. c 选择车刀磨钝标准及耐用度：根据《切削手册》表10，取车刀后面最大磨损量为0.8--1.0,焊接刀耐用度T=60min。
D、确定切削速度Vc:
根据〈切削手册〉，YG6,182—199, =4mm,f=0.41mm/r,Vc=1.50m/s, 修正系数：KTv=1.0,Kmv=0.89,Ksv=0.85,Ktv=1.0,Kkrv=1.0,则Vc =1.50×60×1.0×0.89×0.85×0.73×1.0=55.78m/min,Nc查=1000 Vc / d=1000×55.78/50 =355r/min,按CA6140车床转速（见《工艺手册》表）选择与355相近的转速n机=322r/min,则实际切削速度为V机= dn机/1000=×50×322/1000=50.6 m/min,最后决定切削用量为 =30mm,f=0.41,n机=322r/min,Vc机=50.6m/min.
(3)计算基本工时：
t=[(d-d1)/2+l1+l2+l3]/fn=[(45-4)/2+4+0+0]/0.41/322=0.045min
工序四：精车外圆左端
（1）确定背吃刀量
粗车外圆，加工余量为1.1mm，一次走刀。Asp=1.1/2=0.55mm.
（2） 确定进给量
刀杆尺寸16 25，as 1.1,工件直径为40mm，则f=0.2~0.4。由《简明手册》表4.2—3查取f =0.26mm。
根据《切削用量简明手册》表1.11查取：VC=1.33(由182～199HBS、asp=2.5、f =0.26mm/r、车刀为YG硬质合金),由于实际车削过程使用条件的改变，查取切削速度修正系数：K =1.0,K =1.0,K =0.73,K =(190/HBS)1.25=1.0,KSV=0.85,Kkv=1.0。则
V =1.33×60×1.0×1.0×0.73×1.0×0.85×1.0=49.5
n=157.6r/min
按CA6140车床转速（《机械制造工艺设计简明手册》表4.2－2）选择与157.5r/min相近似 的机床转速n =183r/min,则实际切削速度V = n/1000=3.14×100×183/1000=57.5m/min。
综上，此工步的切削用量为：a =2.5mm，f =0.26, n =183r/min, V =57.5m/min。
(3) 计算基本工时：T=（L+L1+L2+L3）×i/(f×n) =(9+3+3+0)×2/(0.26×183)=0.022min。其中L=9，L1=3，L2=3，L3=0，i=2
工序五：精车外圆右端
（1）确定背吃刀量
粗车外圆，加工余量为1.1mm，一次走刀。Asp=1.1/2=0.55mm.
（2）确定进给量
刀杆尺寸16 25，as 1.1,工件直径为55mm，则f=0.2～0.4。由《简明手册》表4.2—3查取f =0.26mm。
根据《切削用量简明手册》表1.11查取：VC=1.33(由182～199HBS、asp=2.5、f =0.26mm/r、车刀为YG硬质合金),由于实际车削过程使用条件的改变，查取切削速度修正系数：K =1.0,K =1.0,K =0.73,K =(190/HBS)1.25=1.0,KSV=0.85,Kkv=1.0。则
V=1.33×60×1.0×1.0×0.73×1.0×0.85×1.0=49.5
n=157.6r/min
按CA6140车床转速（《机械制造工艺设计简明手册》表4.2－2）选择与157.5r/min相近似 的机床转速n=183r/min,则实际切削速度V = n/1000=3.14×100×183/1000=57.5m/min。
综上，此工步的切削用量为：a =1.1mm，f =0.26, n =183r/min, V=57.5m/min。
(3) 计算基本工时：
T=（L+L1+L2+L3）×i/(f×n)=(9+3+3+0)×2/(0.26×183)=0.022min。
其中L=9，L1=3，L2=3，L3=0，i=2
三、总结
在开始做机械加工工艺设计前，我认真阅读了机械零件加工工艺指导书，对零件图进行仔细的分析，从而在设计前有一个清晰的思路，也为我的设计打下了基础，使我的开题报告能顺利的完成。开题报告完成后，接着开始进行正文的撰写，设计也就正式开始了，首先我们对零件进行了工艺分析，如毛坯尺寸大小的确定和材料的确定，选择合适的加工方案法，拟定加工方案，选择合适的夹具、刀具与切削用量的确定等。在工艺分析上，让我们巩固了在大一大二时学的机械制造、机械制图、机械设计、公差与配合、金属工艺CAD绘图等专业课程，是我更好把各专业课相结合起来去完成毕业设计。随着丝杠零件加工工艺设计做完，也将意味我的机械设计课程即将结束，但在这段时间里面我觉得自己是努力并快乐的。在繁忙的的日子里面，曾经为解决技术上的问题，而去翻我所学专业的书籍。经过这段时间我真正体会了很多，也感到了很多。
在三年的大学生活里，我觉得大多数人对本专业的认识还是不够,在大二学校曾为我们组织了三个星期的实习，为了更深入的理解并掌握大学的专业知识，加强专业技能。我的机械加工工艺设计课程是：丝杠零件加工。通过次此的分析，需要对刀具的切削参数进行计算等方面的问题给予考虑，这些方面的知识都需要我们去复习以前的知识，在对以前学的知识进行初步系统回顾之后，大脑形成一初步的印象。各专业课之间相关联的知识也能很好的理解。
遇到问题，想方设法解决问题，这就是一个锻炼和进步的过程。除了熟知了机械制造工艺制定流程之外，课设中我对很多书本上的概念（如定位误差、基准等）有了深层次的理解。只靠书本上的简单讲解和一两个例题来学习是远远不够的，实践出真知，的确如此！
另一个收获，各种应用软件在工程科学中的重要性在此次课设中得到很彻底的体现，广泛了解各类应用软件并精于本专业某些软件，是作为一名合格的大学生需要努力的方向。
总之，在这次设计过程中使我收益不小，为我今后的学习和工作打下一个坚实而良好的基础。在此，我感谢各位老师对我的帮助和指导。

四、主要参考资料
⒈《机械制造工艺设计手册》.李益民.机械工业出版社.1994
⒉《切削用量手册》.艾兴、肖诗.
⒊《机械制造技术基础课程设计指导教程》.邹青.机械工业出版 社.2012
⒋《机械制造工艺学课程设计指导书》.王栋.机械工业出版社. 2011